Объемный забойный двигатель Российский патент 2003 года по МПК E21B4/02 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к гидравлическим забойным двигателям, предназначенным для бурения скважин.

Известен забойный двигатель, содержащий цилиндрический корпус, вал в виде ступенчатого ротора с выдвижными лопастями, нагнетательные и сливные каналы (Авторское свидетельство СССР № 470581, кл.Е 21 В 3/12, 1975).

Недостатком данной конструкции забойного двигателя является сложность изготовления и то, что при работе в его рабочей камере создается противодавление, препятствующее круговому движению вала-ротора, что снижает величину крутящего момента.

За прототип принят объемный забойный двигатель, включающий цилиндрический корпус, переводник, подводящие промывочные каналы, установленный в полости корпуса вал с секционными лопастями (Патент Российской Федерации № 2049902, кл.Е 21 В 4/02, 1995).

К недостаткам этого объемного забойного двигателя можно отнести то, что лопасти, закрепленные на валу силой пружины, прижаты к внутренней поверхности корпуса, вследствие чего при вращении вала на контактной площади между ними увеличивается сила трения, снижающая выходные энергетические параметры забойного двигателя, что ведет к увеличению расхода промывочной жидкости.

Кроме того, конструкция объемного забойного двигателя предусматривает присутствие мертвых зон в рабочей камере, через которые при вращательном движении проходят лопасти, что также снижает выходные энергетические параметры забойного двигателя.

Задача изобретения - создание объемного забойного двигателя с высокими выходными энергетическими параметрами при меньших расходах промывочной жидкости.

Технический результат - увеличение силы воздействия скоростного напора промывочной жидкости на лопасти и снижение силы трения между лопастями и внутренней поверхностью корпуса, а также устранение помех вращательному движению вала.

Это достигается тем, что в объемном забойном двигателе, включающем цилиндрический корпус, переводник, подводящие промывочные каналы, установленный в полости корпуса вал с секционными лопастями, согласно изобретению лопасти одной стороной жестко прикреплены к валу, при этом другая сторона лопастей в верхней части имеет скользящий контакт с внутренней поверхностью корпуса, причем нижняя секция лопастей прикреплена к валу вне корпуса, а подводящие промывочные каналы расположены соосно в переводнике и корпусе и наклонным выходом из последнего направлены в вогнутую поверхность лопастей, выпуклая сторона которых обращена на ход вращения вала, причем ниже места расположения лопастей, между валом и корпусом, образованы кольцевые полости, гидравлически сообщающиеся с последующими наклонными подводящими промывочными каналами. Лопасти прикреплены к валу с наклоном в сторону его вращения, число подводящих промывочных каналов превышает число лопастей.

Выполнением лопастей одной стороной жестко прикрепленными к валу, при этом другая сторона лопастей в верхней части имеет скользящий контакт с внутренней поверхностью корпуса, причем нижняя секция лопастей прикреплена к валу вне корпуса, расположением подводящих промывочных каналов соосно в переводнике и корпусе и наклонным выходом из последнего направленных в вогнутую поверхность лопастей, выпуклая сторона которых обращена по ходу вращения вала, обеспечивается увеличение угла встречи потока с вогнутой поверхностью лопастей, в результате чего последние испытывают не только повышенную силу скоростного напора промывочной жидкости, но также его вес, что в совокупности увеличивает крутящий момент на валу. Ограничение по площади скользящим контактом верхней части лопастей с внутренней поверхностью корпуса без силы прижатия их друг к другу, прикреплением лопастей к валу с наклоном в сторону его вращения достигается уменьшение силы трения на контактной площади между ними, и этим обеспечивается возможность работы объемного забойного двигателя при меньших расходах промывочной жидкости, так как увеличивается доля энергии, затрачиваемая на полезную работу.

Посредством кольцевой полости, образованной между валом и корпусом, подводящие промывочные каналы гидравлически последовательно сообщаются с наклонными подводящими боковыми промывочными каналами, расположенными соосно в переводнике и корпусе и наклонным выходом из последнего направлены в вогнутую поверхность лопастей, выпуклая сторона которых обращена по ходу вращения вала, обеспечивается сход промывочной жидкости с лопастей, тем самым устраняется противодавление между лопастями и уменьшается препятствие их вращательному движению, что повышает выходные энергетические параметры.

Число подводящих промывочных каналов превышает число лопастей, этим достигается непрерывное силовое взаимодействие между напорной жидкостью и лопастями, исключается появление “мертвых” зон для последних.

На фиг.1 изображен объемный забойный двигатель, общий вид, на фиг.2-разрез по А-А на фиг.1.

Объемный забойный двигатель содержит корпус 1 с переводником 2 с подводящими промывочными каналами 3, корпус 1 имеет соосно с промывочными каналами 3 подводящие каналы 4 с наклонным выходом. На радиальных 5 и опорных 6 подшипниках установлен вал 7 в корпусе 1. К валу 7 одной внешней стороной, расположенной вдоль образующей их цилиндрической поверхности, прикреплены секционные лопасти 8 в форме полуцилиндров, другая противоположная по диаметру наружная сторона поверхность в верхней части имеет скользящий контакт с внутренней поверхностью корпуса 1. Ниже лопастей 8 между корпусом 1 и валом 7 образованы кольцевые полости 9, гидравлически сообщающиеся с последующими наклонно подводящими боковыми промывочными каналами 10 и 11. Нижняя секция лопастей 12 прикреплена к валу 7 вне корпуса 1.

Двигатель работает следующим образом.

Промывочная жидкость через соосные подводящие каналы 3 и 4 соответственно переводника 2 и корпуса 1 наклонным выходом поступает в вогнутую поверхность лопастей 8. Под воздействием скоростного напора и веса промывочной жидкости лопасти 8 приводят во вращательное движение вал 7, при этом корпус 1 не вращается. Стекая с лопастей 8 промывочная жидкость через кольцевую полость 9 и наклонные каналы 10 проходит к следующей секции лопастей 8 и так далее через каналы 11 до лопастей 12, прикрепленных к валу 7 вне корпуса 1. Суммарный крутящий момент лопастей 8 и 12 через вал 7 передается на долото (на чертежах не показано) для ведения процесса углубки скважин. Выходя из силового взаимодействия с нижней секцией лопастей 12 промывочная жидкость разделяется на два потока, один поток направляется в затрубное пространство, другой на забой скважины для охлаждения долота и выноса шлама.

Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения обеспечивают по сравнению с известными создание объемного забойного двигателя с более высокими выходными энергетическими параметрами при меньших расходах промывочной жидкости.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к гидравлическим забойным двигателям, предназначенным для бурения скважин. Объемный забойный двигатель включает цилиндрический корпус, переводник, подводящие промывочные каналы, установленный в полости корпуса вал с секционными лопастями. Лопасти одной стороной жестко прикреплены к валу. Другая сторона лопастей в верхней части имеет скользящий контакт с внутренней поверхностью корпуса. Нижняя секция лопастей прикреплена к валу вне корпуса. Подводящие промывочные каналы расположены соосно в переводнике и корпусе и наклонным выходом из последнего направлены в вогнутую поверхность лопастей, выпуклая сторона которых обращена по ходу вращения вала. Ниже места расположения лопастей, между валом и корпусом, образованы кольцевые полости, гидравлически сообщающиеся с последующими наклонными подводящими промывочными каналами. Лопасти прикреплены к валу с наклоном в сторону его вращения. Число подводящих промывочных каналов превышает число лопастей. Повышается производительность двигателя. 2 з.п. ф-лы. 2 ил.

1. Объемный забойный двигатель, включающий цилиндрический корпус, переводник, подводящие промывочные каналы, установленный в полости корпуса вал с секционными лопастями, отличающийся тем, что лопасти одной стороной жестко прикреплены к валу, при этом другая сторона лопастей в верхней части имеет скользящий контакт с внутренней поверхностью корпуса, причем нижняя секция лопастей прикреплена к валу вне корпуса, а подводящие промывочные каналы расположены соосно в переводнике и корпусе и наклонным выходом из последнего направлены в вогнутую поверхность лопастей, выпуклая сторона которых обращена по ходу вращения вала, причем ниже места расположения лопастей, между валом и корпусом, образованы кольцевые полости, гидравлически сообщающиеся с последующими наклонными подводящими промывочными каналами.2. Объемный забойный двигатель по п.1, отличающийся тем, что лопасти прикреплены к валу с наклоном в сторону его вращения.3. Объемный забойный двигатель по п.1, отличающийся тем, что число подводящих промывочных каналов превышает число лопастей.